[发明专利]图像处理设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于使用固态图像传感器拍摄被摄体图像的摄像设备中的噪声减小技术。

背景技术

近年来，这样的一种摄像设备已得到广泛发展并已普及：该摄像设备使用具有固态存储元件的存储卡作为记录介质，并且记录并回放使用诸如CCD和CMOS传感器的固态图像传感器所拍摄到的图像。要求这类摄像设备提高与拍摄静止图像和运动图像相关联的分辨率并加速操作。为了满足这些要求，驱动数字照相机中所包括的固态图像传感器所需的驱动信号的频率、以及用于模拟信号处理电路、A/D转换器和随后的数字信号处理电路的驱动频率迅速提高。

此外，还要求在各种摄像场景下遭受很少失败的简单且方便的摄像操作。为此，为了在例如运动场景下追踪快速移动的被摄体或者在低照明下的室内摄像操作中达到图像稳定，采用更高的快门速度。为了使得在禁止频闪摄像操作的诸如博物馆和水族馆的地方进行摄像操作，要求摄像设备具有更加高的灵敏度。

图像传感器的输出包括列偏移(column offset)成分的噪声，其表现为由该图像传感器的结构引起的像垂直条纹状的噪声。下文中，将这类噪声称为列偏移。例如，由于CCD传感器中的垂直传送寄存器的缺陷引起的垂直条纹噪声、在强光入射时出现的拖影现象等是公知的。此外，由CMOS传感器代表的X-Y地址类型传感器通常具有这样的结构：经由对于各行共有而对于各列不同的垂直输出线中的每个垂直输出线，从以矩阵布置的光电转换元件读出所选择的各行的信号。为此，由于对于各列不同的元件特性的变化而容易发生列偏移。

图13示出与用于通用图像传感器(CMOS传感器)中的一个像素的读出电路相关联的基本电路结构。参考图13，光电二极管901累积光信号电荷，并且传送晶体管902将累积在光电二极管上的光信号电荷传送至浮动扩散904。复位晶体管903使累积在光电二极管上的光信号电荷复位，并且浮动扩散904将光信号电荷转换成FD电位。像素源极跟随器905将FD电位读出到连接至列放大器的垂直输出线上。由于针对各列布置的垂直输出线和列放大器对于各列而言具有不同的特性变化，因此产生了列偏移。

图像传感器的输出包括各种其他噪声产生因素：由于光电二极管而产生的像素缺陷噪声，由于复位晶体管而产生的复位噪声，以及由于像素源极跟随器而产生的1/f噪声和RTS噪声。复位噪声是在通过提供预定基准电压来使复位晶体管导通或截止时产生的噪声，并且能够通过诸如相关双采样(CDS电路)的现有技术来去除该复位噪声。1/f噪声和RTS噪声都是在像素源极跟随器的界面态处捕获并释放电子的处理中产生的随机噪声成分。由于1/f噪声的功率谱密度与频率成反比，并且在较低频率处具有较大功率，因此，CDS电路能够大大减小1/f噪声。然而，由于所产生的RTS噪声具有非特定的时间间隔，因而CDS电路不能去除该RTS噪声，从而RTS噪声仍然存在。像素缺陷噪声是由于在光电二极管中混合的杂质而引起的暗电流噪声，并且可能根据温度和光信号电荷累积时间变成具有非常大电平的白点噪声。由于CDS电路不能去除像素缺陷噪声，因此该像素缺陷噪声还仍然存在。

传统上，日本特开平7-67038已提出了以下技术。即，为了检测并消除重叠在摄像信号上的列偏移，布置了用于存储一个水平期间的图像数据的存储单元，并且该存储单元通过在水平期间内对在固态图像传感器的垂直方向上的光学黑像素进行积分来存储这些光学黑像素。然后，从有效像素数据中减去所存储的一个水平期间的图像数据，从而去除所重叠的列偏移。

作为另一种现有技术，日本特开2006-25148已提出以下方法。在该方法中，从固态图像传感器的垂直方向上的光学黑像素中去除超过预定阈值的缺陷像素的影响，并且检测列偏移，从而提高列偏移的检测精度。

此外，作为用于检测重叠在摄像信号上的列偏移的方法，传统上已研究以下方法。即，布置用于存储多个水平期间的图像数据的图像存储单元，并且该图像存储单元存储在固态图像传感器的垂直方向上的所有光学黑像素，并且应用诸如二维滤波的图像处理以去除噪声。因此，提高了列偏移的检测精度。

如上所述，随着摄像设备获得更高的灵敏度，用于以更高精度检测列偏移并从摄像信号去除这些列偏移的技术是必不可少的。然而，日本特开平7-67083的示例没有考虑列偏移检测区域中所包括的除列偏移以外的噪声的影响。日本特开2006-25148的示例已提出了消除列偏移检测区域中所包括的缺陷像素的影响，但它没有提出在实现本发明时以高精度将列偏移检测区域中所包括的列偏移成分与其他噪声成分分开所需要的实际电路布置和控制方法。此外，该示例没有对信号处理算法具体化。